基于SPD4.6三維系統生產設計的應用及優點

孫紅娟，李 磷

(1.江蘇省鎮江船廠(集團)有限責任公司，江蘇 鎮江 212002；2. 江蘇大津重工有限公司，江蘇 鎮江 212221)

基于SPD4.6三維系統生產設計的應用及優點

孫紅娟1，李 磷2

(1.江蘇省鎮江船廠(集團)有限責任公司，江蘇 鎮江 212002；2. 江蘇大津重工有限公司，江蘇 鎮江 212221)

為提高施工準確性和生產效率，應用SPD4.6三維系統對3 700 DWT雜貨船進行生產設計。以AUTOCAD2010為平臺，利用SPD4.6三維系統中的型線系統以及船體建造系統完成外板和結構零件的生成并轉換成背景，其他專業生產設計通過引用三維背景，使用SPD4.6三維系統六大功能，實現三維生產設計。統計結果顯示：設計時間較常規設計周期縮短約10%，船舶建造周期縮短2～3月，明顯提高了船舶經濟效益。

SPD4.6三維系統；管道；生產設計；計算機應用

0 引言

由于AUTOCAD在船舶領域應用，船舶設計由手工繪圖發展為二維AUTOCAD制圖。為了拓展生產設計深度，減少現場返工量，船舶生產設計利用以船體二維平面圖為背景的三維SB3DS軟件進行管放設計。該設計軟件雖可實現輪機和電氣的三維生產設計，但船體設計還是二維設計，各專業在生產設計時不可避免產生諸多碰撞、干涉問題。而SPD4.6三維系統解決了碰撞、干涉問題，實現了船、機、電、舾、涂等專業的三維生產設計。本文在分析以船體二維平面圖為背景的三維SB3DS管放設計存在問題的基礎上，通過SPD4.6三維系統里的型線系統和船體建造系統以及使用該系統六大功能，實現了3 700 DWT雜貨船的三維生產設計。

1 三維SB3DS管放設計的特點

三維SB3DS管放設計時，以船體二維平面圖為背景涉及船體線型圖和相關船體分段結構圖，在這些圖紙背景上增加輪機設備定位及設備外形圖等，二維背景同時需增設舾裝全船梯、欄桿、人孔蓋布置圖，背景底圖建立在AUTOCAD2004基礎上。SB3DS三維放樣通過AUTOCAD2004工具條增加SB3DS管系設計工具條，完成SB3DS主要模塊操作功能。雖然使用三維軟件放樣，修改管路和風管方便快捷，避免了AUTOCAD生產設計深度不足，但是由于背景圖是船體結構二維圖，構建立體模型不夠準確，這就要求放樣人員具有很高的立體空間能力，生產設計時造成輪機專業管系與船體結構、電氣專業主干托架與輪機管系、電氣專業燈架與舾裝欄桿、輪機專業不同管系彼此碰撞干涉。

2 SPD4.6三維系統的功能

SPD4.6三維系統進行生產設計時背景和設計為三維。三維背景是以AUTOCAD2010為平臺，通過SPD4.6三維系統里的型線系統提供滿足設計和建造要求的船體線型，線型通過三向光順、肋號肋位定義、前后線型拼接使船體線型非常準確；還可通過SPD4.6三維系統船體建造系統完成外板和結構零件的生成，并轉換成背景。其他專業生產設計通過引用三維背景，使用SPD4.6三維系統的六大功能，實現三維生產設計，同時在三維模型中可以看到非常逼真的三維實體模型。與二維背景SB3DS三維放樣設計相比，背景更加準確、直觀。由于各專業都是SPD4.6三維系統出圖，因而在生產設計的過程中專業之間的協調性更強，干涉碰撞地方更少。

SPD4.6三維系統擁有六大主要功能，包括管系設計模塊、風管設計模塊、鐵舾件設計模塊、電氣設計模塊、涂裝設計模塊、通用設計模塊，能實現船舶各專業生產設計三維數字化的需求。該系統能滿足現代造船對設計、生產與管理一體化和殼、舾、涂一體化的需求和以中間產品為導向組織造船生產和推進分段制造模塊化技術要求。另外，該系統還具有數據接口，與其他軟件無縫對接專用船舶設計功能。對接能將現有工程數據導入，原先導出數據和備份數據，還可以進行工程備份、工程還原、附加工程、凍結工程、刪除工程，同時能適時診斷工程索引文件。

3 實用應用

為了解決諸多碰撞干涉問題，3 700 DWT雜貨船采用SPD4.6三維系統進行生產設計。

(1)通用模塊作為主控程序船舶三維設計系統，可用于船、機、電專業的設計。該模塊有一套完整的標準數據及標準部件，根據3 700 DWT雜貨船要求核實通用模塊缺少的信息，根據設計特殊要求補全非標準數據或部件。

(2)管系設計模塊管系進行輪機管路閥件、附件、系統原理定義；設備、管路、部件及管路支架布置；生成管系所需圖紙，最后材料預估并匯總。

(3)風管設計模塊在主控程序界面上點擊參數化標準部件按扭，將風管部件的參數進行標準化，以部件代號作為選擇的標示保存在標準數據庫和部件庫中，作為相互設置時使用；布置風管管路走向和相關部件；處理風管支架等，形成生產信息圖紙。

(4)電氣設計模塊根據電氣系統圖要求，將參數化標準庫、其他模型庫或小樣庫導入實船工程庫中，并定義電氣原理庫和電氣模型庫。最后形成相關生產信息和生產清冊。

(5)涂裝設計模塊首先將涂裝區域代碼化，依據3 700 DWT雜貨船船體三維模型生成船體分段三維軸測圖，且計算分段及區域面積的功能以及在軸測圖上標注涂裝信息功能。最后生成分段三維軸測圖、生產設計圖紙和生產用表。

(6)鐵舾件設計模塊根據3 700 DWT雜貨船舾裝布置報審圖紙中的鐵舾件要求進行參數化標準及鐵舾件小樣輸入、處理安裝，以及欄桿自動布置、板件制作，生成鐵舾件零件圖生產用表等。

通過SPD4.6三維系統六大模塊在3 700 DWT雜貨船上系統應用，該項目設計人員相互之間可以進行設計過程溝通，在設計過程中可以適時查看實際設計效果。三維瀏覽時可以將模型渲染成不同的顏色，如透明、隱藏處理，從任意視角查看模型。靈活采用該工作模式環境中的各種設計方法，可以進行三維系統模擬實船，也可以三維模型渲染成實體以視角的方式實現漫游，以提高生產設計人員工作效率。

4 SPD4.6三維系統的優點

(1)便捷三維材料預估。為了避免施工過程中浪費時間，有些設備或材料需要提前預訂。如：等級管采購，因等級管生產周期長(大約2～3個月)， SPD4.6三維系統可以在管放過程中，以OFFICE為數據庫和輸出文件平臺，進行等級管材料預估。在進行三維材料預估時，既可以調用部件庫中的標準，也可以直接建立預估內容，并輸出、報警預估的數量，便于管放人員在放樣過程中就可以適時導出管子數量，或閥附件清單提供給采購部門。當管路放樣基本結束，使用SPD4.6三維系統預估數據庫和管子BOM表，生成終版管材、閥附件清單，再發采購部門作為采購補充單。

(2) 進行球鼻艏光順。船舶的球鼻艏是船體主結構的重要部分，球鼻艏的線型優劣將直接影響船舶性能。3 700 DWT雜貨船船體型線圖使用此軟件進行光順處理，處理完成后導入到本工程數據庫。接下來的設繪工作有以下幾點操作功能：

①可對各種形式球鼻艏進行放樣，包括水滴型、撞角型、圓通型等；

②對輸入的型值進行顯示、調整、自動光順，也可以根據樣臺外板板縫數據進行輸入數值生成球鼻艏模型；

③以俯視圖、后視圖和軸測視圖等多種方式顯示球鼻艏的線型，視圖可任意縮小放大、移動，軸測視圖還可隨意旋轉；

④船上有眾多數量焊縫，形式不同，因而統計焊縫的長度及材料是一項繁瑣又易于出錯的工作。焊接計劃模塊不但能保證結果準確性，也能減輕設計人員工作量；

⑤在船體結構模型建立完成后，裝配計劃功能按照船體分段進行船體結構裝配計劃，通過該功能生成裝配樹、裝配圖等。

(3) 簡潔鐵舾件繪制。鐵舾件系統用于處理船舶所有設備的安裝，船舶各艙室小舾裝件及消防安全輔助裝置，以及各式管系、螺旋風管、主干電纜等定位安裝；管子支架、主干電纜托架、設備底座及花鋼板支架、天花板支架等鐵舾件，使用型材和板材的組裝和切割，設立鐵舾件模型。該設計系統主要針對的是鐵舾件的生產設計，提供相關的計算機輔助設計手段，在SPD4.6三維系統中創建模型和生成圖紙和表格，供生產車間和管理部門使用。其工作主要包含了鐵舾件模型的創建和三維空間布置，生成鐵舾件零件制作圖、安裝圖和生產用表。

(4)管子及風管制作準確度高。利用SB3DS三維系統進行放樣設計時，輪機結構開孔(如出舷管、穿艙管)的信息缺少船體設計人員核實，由輪機施工人員現場開孔。利用SPD4.6三維系統進行生產設計時輪機設計人員只需通過該系統開孔表形成開孔信息，船體設計人員經過軟件收到信息后核實后將開孔信息意見通過軟件反饋給輪機模塊。最后開孔工作通過樣臺機器切割完成。

(5)三維可視化程度高。SPD4.6三維系統可以實現仿真實船狀態放樣，既形象又直觀。輪機生產設計放樣可以利用該三維系統可視化功能查看船舶設備布局的合理性和可操作性，以及是否滿足航速和拖力等船舶性能方面要求。該三維模型中能避免上面缺陷，同時能實現最優化的布局。在管路設計階段，有些船東有時會提出觀看三維模型要求。三維模型可以模擬實船精準放樣，有著二維背景三維SB3DS管系放樣無法比擬的直觀性，更便于船東提出習慣性使用要求，比如設備維修空間要求等，在放樣過程中及時修改，盡量滿足船東使用要求，極大限度降低現場修改量。圖1為3 700 DWT雜貨船21區機艙前壁局部三維瀏覽圖。

5 結語

3 700 DWT雜貨船使用SPD4.6三維系統進行生產設計，提高了設計精度及設計效率。根據定額部門最終統計結果顯示：3 700 DWT雜貨船設計周期縮短約10%，材料開支節省了約15%，人力開支和工時總節約25%，建造周期縮短2～3月。利用SPD4.6三維系統進行生產設計，極大提高了船廠的工作效率、質量以及生產效益，縮短了造船周期。

[1] 高瑋，彭群生. 基于二維試圖特征的三維重建[J].計算機學報，1999,22(5):481-485.

U662.9

A

2017-06-24

孫紅娟(1983—),女，工程師，從事輪機設計工作；李磷(1973—)，男，助理工程師，從事輪機設計工作。